嵌入式人臉識別系統建立在嵌入式操作系統和嵌入式硬件系統平臺之上,具有起點高、概念新、實用性強等特點。它涉及嵌入式硬件設計、嵌入式操作系統應用開發、人臉識別算法等領域的研究；嵌入式人臉識別系統攜帶方便、安裝快捷、機動性強,可廣泛應用于各類門禁系統、戶外機動布控的實時監測等特殊場合,因此對嵌入式人臉識別的研究工作具有突出的理論意義和廣泛的應用前景。 本文是上海市經委創新研究項目《射頻識別RFID系統-自動識別和記錄人群的身份》(編號：04-11-2)與上海市科委AM基金項目《基于ARM和RFID芯片的自組織安全監控系統的研制》(編號：0512)的主要研究內容之一。論文從構建自動人臉識別系統所需解決的若干關鍵問題入手,重點探討了基于嵌入式ARM微處理器的實時人臉檢測、關鍵特征定位、高效的人臉特征描述、魯棒的人臉識別分類器及自動人臉識別系統設計等問題的研究。論文的主要工作和創新點表現在以下方面： 1實現了結合膚色校驗的Haar特征級聯分類器嵌入式實時人臉檢測,提出了基于人臉約束的人眼Haar特征RSVM級聯分類器人眼檢測算法和基于遮罩掩磨與橢圓擬合的瞳孔定位算法。 復雜背景中的人臉檢測是自動人臉識別系統首先要解決的關鍵問題,通過對基于膚色模型和基于Haar特征級聯強分類器的人臉檢測算法的分析研究,綜合兩個算法的優點,提出了基于膚色模型校驗和Haar特征級聯強分類器的嵌入式實時人臉檢測算法。實驗結果表明,該算法不僅解決了復雜背景中的類膚色和類人臉結構問題,而且具有較高的檢測率和較快的檢測速度,同時對光照、尺度等變化條件下的人臉檢測也具有較強的魯棒性。 人眼檢測與瞳孔定位在人臉歸一化和有效人臉特征抽取等方面起著非常重要的作用,為了快速檢測人眼并精確定位人眼瞳孔中心,論文提出了基于人臉約束的人眼Haar特征RSVM級聯分類器人眼檢測算法和基于遮罩掩磨與橢圓擬合的瞳孔定位算法,首先利用人眼檢測分類器在人臉區域內完成對人眼位置的檢測,然后通過對檢測到的人眼進行遮罩掩磨、簡單圖像形態學變換及橢圓擬合實現瞳孔中心的精確定位。測試結果表明該算法只需幾百毫秒便能完成人眼檢測與瞳孔中心定位整個過程,在保證檢測速度較快的同時,還能確保較高的定位精度。 2 針對傳統線性判別分析法存在的小樣本問題(sss),通過調整Fisher判別準則,實現了自適應線性判別分析算法及相應的人臉識別方法人臉識別中的小樣本問題使線性判別分析算法的類內散布矩陣發生嚴重退化,導致問題無法求解。本文在人臉識別小樣本問題的基礎上,通過調整Fisher判別準則,利用類間散布矩陣的補空間巧妙地避開類內散布矩陣的求逆運算,通過訓練集每類樣本的樣本數信息自適應改變調整參數,實現了自適應線性判別分析算法,實驗結果表明,該算法能有效解決人臉識別中的小樣本問題。 3 提出了基于有效人臉區域的Gabor特征抽取算法,有效地解決了Gabor特征抽取維數過高的問題。 Gabor小波對圖像的光照、尺度變化具有較強魯棒性,是一種良好的人臉特征表征方法。但維數過高的Gabor特征造成應用系統的維數災難,為解決Gabor特征的維數災難問題,論文第四章提出了基于有效人臉區域的Gabor特征抽取算法,該算法不僅有效地降低了人臉特征向量維數,縮小了人臉特征庫的規模,同時降低了核心算法的時間和空間復雜度,而且具有與傳統Gabor特征抽取算法同樣的魯棒性。 4 結合有效人臉區域的Gabor特征抽取、自適應線性判別分析算法和基于支持向量機分類策略,提出并實現了基于支持向量機的嵌入式人臉識別和嵌入式人像比對系統支持向量機通過引入核技巧對訓練樣本進行學習構造最小化錯分風險的最優分類超平面,不僅具有強大的非線性和高維處理能力,而且具有更強的泛化能力。本文研究了支持向量機的多類分類策略和訓練方法,并結合論文中提出的基于有效人臉區域的Gabor特征提取算法、自適應線性判別分析算法,首次在基于Windows CE操作系統的嵌入式ARM平臺中實現了具有較強魯棒性的嵌入式自動人臉識別系統和嵌入式人像比對系統。 5 提出并初步實現了基于客戶機/服務器結構無線網絡模型的遠距離人臉識別方案為解決嵌入式人臉識別系統在海量人臉庫中進行識別的難題,論文提出并初步實現了基于客戶機/服務器結構無線網絡模型的嵌入式遠距離人臉識別方案。 客戶機(嵌入式平臺)完成對人臉圖像的檢測、歸一化處理和人臉特征提取,然后通過無線網絡將提取后的人臉特征數據傳輸到服務器端,由服務器在海量人臉庫中完成人臉識別,并將識別后的結果通過無線網絡傳輸到客戶機顯示輸出,從而實現基于客戶機/服務器無線網絡模型的嵌入式遠距離人臉識別方案。 6 結合我們開發的基于ARM的嵌入式自動人臉識別系統和嵌入式人像比對系統,從系統設計的角度探討了在嵌入式系統中進行人臉識別應用設計的思路及應該注意的問題雖然嵌入式人臉識別系統的性能很大程度上取決于高效的人臉特征描述和魯棒的人臉識別核心算法。但是,嵌入式系統的設計思想對嵌入式人臉識別系統的性能影響同樣值得重視。本文第六章重點闡述了嵌入式自動人臉識別應用系統的設計思路,并結合我們自主開發的嵌入式自動人臉識別系統和嵌入式人像比對系統從系統設計的角度探討了嵌入式人臉識別應用系統設計中應該注意的關鍵技術問題。 結合本文提出的算法我們在PC上完成對人臉識別分類器的訓練,然后在嵌入式ARM開發平臺上實現了嵌入式自動人臉識別、嵌入式人像比對兩個便攜式人員身份認證系統,經測試運行效果良好。所提出的人臉識別算法不僅具有一定的理論參考價值,而且對于嵌入式系統應用開發、AFR應用系統開發也具有一定的借鑒意義。
上傳時間： 2013-05-18
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由于信道中存在干擾,數字信號在信道中傳輸的過程中會產生誤碼.為了提高通信質量,保證通信的正確性和可靠性,通常采用差錯控制的方法來糾正傳輸過程中的錯誤.本文的目的就是研究如何通過差錯控制的方法以提高通信質量,保證傳輸的正確性和可靠性.重點研究一種信道編解碼的算法和邏輯電路的實現方法,并在硬件上驗證,利用碼流傳輸的測試方法,對設計進行測試.在以上的研究基礎之上,橫向擴展和課題相關問題的研究,包括FPGA實現和高速硬件電路設計等方面的研究. 糾錯碼技術是一種通過增加一定的冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法.RS碼是一種典型的糾錯碼,在線性分組碼中,它具有最強的糾錯能力,既能糾正隨機錯誤,也能糾正突發錯誤.在深空通信,移動通信以及數字視頻廣播等系統中具有廣泛的應用,隨著RS編碼和解碼算法的改進和相關的硬件實現技術的發展,RS碼在實際中的應用也將更加廣泛. 在研究中,對所研究的問題進行分解,集中精力研究課題中的重點和難點,在各個模塊成功實現的基礎上,成功的進行系統組合,協調各個模塊穩定的工作. 在本文中的EDA設計中,使用了自頂向下的設計方法,編解碼算法每一個子模塊分開進行設計,最后在頂層進行元件例化,正確實現了編碼和解碼的功能. 本文首先介紹相關的數字通信背景；接著提出糾錯碼的設計方案,介紹RS(31,15)碼的編譯碼算法和邏輯電路的實現方法,RTL代碼編寫和邏輯仿真以及時序仿真,并討論了FPGA設計的一般性準則以及高速數字電路設計的一些常用方法和注意事項；最后設計基于FPGA的硬件電路平臺,并利用靜態和動態的方法對編解碼算法進行測試. 通過對編碼和解碼算法的充分理解,本人使用Verilog HDL語言對算法進行了RTL描述,在Altera公司Cyclone系列FPGA平臺上面實現了編碼和解碼算法. 其中,編碼的最高工作頻率達到158MHz,解碼的最高工作頻率達到91MHz.在進行硬件調試的時候,整個系統工作在30MHz的時鐘頻率下,通過了硬件上的靜態測試和動態測試,并能夠正確實現預期的糾錯功能.
上傳時間： 2013-07-01
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隨著科學技術的發展與公共安全保障需求的提高，視頻監控系統在工業生產、日常生活、警備與軍事方面的應用越來越廣泛。采用基于 FPGA 的SOPC技術、H．264壓縮編碼技術和網絡傳輸控制技術實現網絡視頻監控系統，在穩定性、功能、成本與擴展性等方面都有著突出的優勢，具有重要的學術意義與實用意義， 本課題所設計的網絡視頻監控系統由以Nios Ⅱ為核心的嵌入式圖像服務器、相關網絡設備與若干PC機客戶端組成。嵌入式圖像服務器實時采集圖像，采用H．264 編碼算法進行壓縮，并持續監聽網絡。PC機客戶端可通過網絡對服務器進行遠程訪問，接收編碼數據，使用H．264解碼算法重建圖像并實時顯示，使監控人員有效地掌握現場情況， 在嵌入式圖像服務器設計階段，本文首先進行了芯片選型與開發平臺選擇。然后構建圖像采集子系統，采用雙緩存乒乓交換的方法設計圖像采集用戶自定義模塊。接著設計雙Nios Ⅱ架構的SOPC系統，闡述了雙軟核設計中定制連接、內存芯片共享、數據搬移、通信與互斥的解決方法。同時完成了網絡服務器的設計，采用μC/OS-Ⅱ進行多任務的管理與調度， H．264視頻壓縮編解碼算法設計與實現是本文的重點。文中首先分析H．264．標準，規劃編解碼器結構。接著設計了16×16幀內預測算法，并設計宏塊掃描方式，采用兩次判決策略進行預測模式選擇。然后設計4×4子塊掃描方式，編寫整數變換與量化算法程序。熵編碼采用Exp-Golomb編碼與CAVLC相結合的方案，針對除拖尾系數之外的非零系數值編碼子算法，實現了一種基于表示范圍判別的編碼方法。最后設計了網絡傳輸的碼流組成格式，并針對編碼算法設計相應解碼算法。使用VC++完成算法驗證，并進行測試，觀察不同參數下壓縮率與失真度的變化。 算法驗證完成后，本文進行了PC機客戶端設計，使其具有遠程訪問、H．264解碼與實時顯示的功能。同時將H．264 編碼算法程序移植到NiosⅡ中，并將嵌入式圖像服務器與若干客戶端接入網絡進行聯合調試，構建完整的網絡視頻監控系統， 實驗結果表明，本系統視頻壓縮率高，監控圖像質量良好，充分證明了系統軟硬件與圖像編解碼算法設計成功。本系統具有成本低、擴展性好及適用范圍廣等優點，發展前景十分廣闊。
上傳時間： 2013-08-03
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作為嵌入式系統核心的微處理器，是SOC不可或缺的“心臟”，微處理器的性能直接影響著整個SOC的性能。 與國際先進技術相比，我國在這一領域的研究和開發工作還相當落后，這直接影響到我國信息產業的發展。本著趕超國外先進技術，填補我國在該領域的空白以擺脫受制于國外的目的，我國很多科研單位和公司進行了自己的努力和嘗試。經過幾年的探索，已經有多種自主知識產權的處理器芯片完成了設計驗證并逐漸進入市場化階段。我國已結束無“芯”的歷史，并向設計出更高性能處理器的目標邁進。 艾科創新微電子公司的VEGA處理器，是公司憑借自己的技術力量和科研水平設計出的一款64位高性能RSIC微處理器。該處理器基于MIPSISA構架，采用五級流水線的設計，并且使用了高性能處理器所廣泛采用的虛擬內存管理技術。設計過程中采用自上而下的方法，根據其功能將其劃分為取指、譯碼、算術邏輯運算、內存管理、流水線控制和cache控制等幾個功能塊，使得我們在設計中能夠按照其功能和時序要求進行。 本文的首先介紹了MIPS微處理器的特點，通過對MIPS指令集和其五級流水線結構的介紹使得對VEGA的設計有了一個直觀的認識。在此基礎上提出了VEGA的結構劃分以及主要模塊的功能。作為采用虛擬內存管理技術的處理器，文章的主要部分介紹了VEGA的虛擬內存管理技術，將VEGA的內存管理單元(MMU)尤其是內部兩個翻譯后援緩沖(TLB)的設計作為重點給出了流水線處理器設計的方法。結束總體設計并完成仿真后，并不能代表設計的正確性，它還需要我們在實際的硬件平臺上進行驗證。作為論文的又一重點內容，介紹了我們在VEGA驗證過程中使用到的FPGA的主要配置單元，FPGA的設計流程。VEGA的FPGA平臺是一完整的計算機系統，我們利用在線調試軟件XilinxChipscope對其進行了在線調試，修正其錯誤。 經過模塊設計到最后的FPGA驗證，VEGA完成了其邏輯設計，經過綜合和布局布線等后端流程，VEGA采用0.18工藝流片后達到120MHz的工作頻率，可在其平臺上運行Windows-CE和Linux嵌入式操作系統，達到了預計的設計要求?！ ?/p>
上傳時間： 2013-07-07
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本文首先介紹了利用FPGA設計數字電路系統的流程和雷達數字信號處理的主要內容。 在第二章中主要闡述了FIR數字濾波器的窗函數設計方法，并應用FIR濾波器設計數字動目標顯示和數字動目標檢測系統；脈沖壓縮處理是現代雷達信號處理的一個重要組成部分，線性調頻信號和二相巴克碼的脈沖壓縮處理方法在第三章做了重點描述?！ yclone系列芯片是高性價比，基于1.5V、0.13um采用銅制層的SRAM工藝。它是第一種支持配置數據解壓的FPGA芯片。論文設計的最后部分是利用Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C6F256C6和EPCS4配置芯片設計設計SD轉換器，在QuartusⅡ4.0下采用VHDL語言和邏輯電路圖結合的設計方法，經過仿真并最終實現了硬件設計。 設計結果表明電路性能可靠，SD轉換的精度較高，完全滿足設計的要求。
上傳時間： 2013-06-26
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IECJTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標準，其優良的壓縮特性使得它將具有廣泛的應用領域。JPEG2000算法非常復雜，圖像編碼過程占用了大量的處理器時間開銷和內存開銷，因而通過對JPEG2000算法進行優化并采用硬件電路來實現JPEG2000標準的部分或全部內容，對加快編碼速度從而擴展其應用領域有重要的意義。 本文的研究主要包括兩方面的內容，其一是JPEG2000算術編碼器算法的研究與硬件設計，其二是JPEG2000碼率控制算法的研究與優化算法的設計。在研究算術編碼器過程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算術編碼器的編碼原理和編碼流程，之后采用有限狀態機和二級流水線技術，并在不影響關鍵路徑的情況下通過對算術編碼步驟優化采用硬件描述語言對算術編碼器進行了設計，并通過了功能仿真與綜合。實驗證明該設計不但編碼速度快，而且流水線短，硬件設計的復雜度低且易于控制。 在研究碼率控制算法過程中，首先結合率失真理論建立了算法的數學模型，并驗證了該算法的有效性，之后深入分析了該數學模型的實現流程，找出影響算法效率的關鍵路徑。在對算法優化時采用黃金分割點算法代替原來的二分查找法，并使用了碼塊R-D斜率最值記憶和碼率誤差控制算法。實驗證明，采用優化算法在增加少量系統資源的情況下使得計算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理論與JPEG2000中PCRD-opt算法的具體實現，又提出了一種失真更低的比特分配方案，即按照“失真/碼長”值從大到小通道編碼順序進行編碼，通過對該算法的仿真驗證，得出在固定碼率條件下新算法將產生更少的失真。
上傳時間： 2013-07-13
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最新的研究進展是OFDM的出現，并且在2000年出現了第一個采用此技術的無線標準(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它與TDMA及CDMA相比能處理更高數據速率，因此可以預想在第四代系統中也將使用此技術。 寬帶應用和高速率數據傳輸是OFDM調制/多址技術通信系統的重要特征之一。作者通過參與國家863計劃項目“OFDM通信系統”一年以來的研發工作，對OFDM通信系統及相關技術有了深入的理解，積累了大量實際經驗，并在相關工作中取得了部分研究成果。 另一方面，關于寬帶自適應均衡技術的研究在近年來也引起了廣泛的關注。它是補償信道畸變的重要的技術之一。作者通過參與該項目FPGA部分的開發與調試工作，基于單片FPGA實現了均衡部分；此外，作者在頻域自適應均衡算法方面也取得了一些理論成果。 本文的主體部分就是根據上述工作的內容展開的。 首先介紹了本課題相關技術的發展情況，主要包括：OFDM系統的技術原理、技術優勢、歷史和現狀，均衡技術的特點和發展等。末尾敘述了本課題的來源和研究意義，并簡介了作者的主要工作和貢獻。確定將WSSUS分布和瑞利衰落作為本文研究的信道模型。主要分析了常用的時域均衡器，均是單載波非擴頻數字調制中常用到的均衡器和均衡算法，為接下來的進一步研究作理論參考。 接著，論述了均衡必須用到的信道估計技術。重點就該方案的核心算法(頻域均衡算法)進行了數學上進行了較深入的研究，建立系統模型，并據此推導了三種頻域均衡的算法：頻域消除HICI，Gauss-Seidel迭代算法，頻域線性內插。采用WSSUS信道模型進行了計算機仿真，得出了采用這些均衡算法在不同條件下的性能曲線。并且系統地、有重點地對該方案的原理和實質進行了較深入的討論。歸納比較了各種算法的算法復雜度和能達到的性能，并且結合信道糾錯編解碼進行了細致的分析。進一步嘗試設計了無線局域網OFDM系統的設計，采用典型的歐洲Hyperlan2系統為例，把研究成果引入到實際的整個系統中來看。結合具體的系統指出了該均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的應用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型號芯片針對OFDM系統實現頻域自適應均衡的方法，主要給出了設計方法、時序仿真結果和處理速度估值等；并結合最新的FPGA發展動態和特點，對基于FPGA實現其他均衡算法的升級空間進行了討論。 本文的結束語中，對作者在本文中所作貢獻進行了總結，并指出了仍有待深入研究的幾個問題。
上傳時間： 2013-04-24
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該文進行的設計作為數控系統大課題中的一個子課題,主要研究利用PCI總線來實現對外圍IO的操作,硬件上包括設計一塊PCI接口卡并測試通過,軟件上實現了PCI接口卡在Linux下的驅動和用軟PLC來實現對外圍IO的操作.該文在比較幾種微機總線的基礎上,為了實現數控系統高速、高精度、低功耗的要求,采用PCI總線進行設計.隨著可編程邏輯器件的發展,為在一片PLD芯片內實現復雜的邏輯控制提供了條件.該文在綜合比較開發PCI卡的幾種方法的基礎上,選擇了使用FPGA來實現PCI接口卡設計.用VHDL語言對FPGA編程,采用模塊化的設計方法進行設計,用狀態機來控制PCI邏輯的時序.設計首先在EDA軟件上仿真通過后,制作成PCI板卡并在現場調試通過.為方便所設計的PCI卡在數控系統及其它系統中應用,該文設計了PCI卡在Linux下的設備驅動程序,主要包括設備的注冊與注銷、與Linux內核的接口、相關的入口函數、驅動程序的編碼、編譯、加載與卸載等,并編寫了相應的測試代碼,在Linux環境下調試通過.為了解決數控系統中PLC的應用問題,該文還設計了PCI卡在軟PLC中的應用.采用的軟PLC軟件是Linux下的MatPLC軟件.在詳細討論MatPLC工作原理的基礎上,設計了一個輸入模塊、一個輸出模塊和一個MatPLC配置文件.輸入模塊通過驅動程序從PCI卡中讀取數據,傳送到MatPLC內核的全局變量中,輸出模塊從內核全局變量讀取數據并進行邏輯運算,再輸出到PCI卡.將他們編譯通過,并進行測試,最終實現軟PLC對外圍IO端口的讀寫.該論文受到廣東省科技攻關項目[2002A1040402]、廣東省科技攻關項目[2003C101002]、廣州市重大科技攻關計劃[2002Z1-D0051]的資助.
上傳時間： 2013-07-18
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本文結合工程需要詳細論述了一種數字相位計的實現方法，該方法是基于FPGA(現場可編程門陣列)芯片運用FFT(快速傅立葉變換)算法完成的。首先，從相位測量的原理出發，分析了傳統相位計的缺點，給出了一種高可靠性的相位檢測實用算法，其算法核心是對采集信號進行FFT變換，通過頻譜分析，實現對參考信號和測量信號初相位的檢測，并同時闡述了FPGA在實現數字相位計核心FFT算法中的優勢。在優化的硬件結構中，利用多個乘法器并行運算的方式加快了蝶形運算單元的運算速度；內置雙端口RAM、旋轉因子ROM使數據存儲的速度得到提高；采用了流水線的工作方式使數據的存儲、運算在時間上達到匹配。整個設計采用VHDL(超高速硬件描述語言)語言作為系統內部硬件結構的描述手段，在Altera的QuartusⅡ軟件支持下完成。仿真結果表明，基于FPGA實現的FFT算法無論在速度和精度上都滿足了相位測量的需要，其運算64點數據僅需27.5us，最大誤差在1％之內。
上傳時間： 2013-05-16
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激光測距是激光技術在軍事上最早和最成熟的應用，自1961．年美國休斯飛機公司研制成功世界上第一臺激光測距機之后，激光測距技術發展迅速。如今，它已經被廣泛運用于軍用領域和民用領域。為了進一步提高我國激光測距水平，研制更高性能激光測距機依然是我國國防科技研究中的重要課題之一。其中，測距精度是激光測距機的一個重要參數。而激光測距機能否準確的檢測激光回波信號將直接影響測距精度。 脈沖激光測距系統主要包括激光發射子系統、激光回波探測子系統、回波檢測與主控子系統、終端顯示子系統等組成。其中設計高精度激光回波檢測與主控子系統是實現高精度激光測距的核心問題。傳統激光回波檢測與主控子系統通常采用分立元件和小規模集成電路設計，電路復雜且精度較低。隨著數字電路設計技術的發展，已出現大規模可編程邏輯器件FPGA(現場可編程門陣列)和CPLD(復雜可編程邏輯器件)。采用FPGA代替傳統的分立元件和小規模集成電路來設計激光回波檢測與主控子系統，不僅提高了回波檢測精度，同時簡化了整個測距系統的設計。 本文研究了將激光回波信號直接送入FPGA進行檢測的方案。同時，采用這種方案設計了一種激光回波檢測系統，并把它成功運用在一引信項目中。這種方案電路設計簡單，易于實現。在實際應用中，由于激光回波探測子系統只是完成由光信號到電信號的轉換及簡單放大，理論分析和試驗結果均表明，采用該方案進行回波檢測的精度較低，這種回波檢測方法也只能應用在測距精度要求低的項目中。 為了滿足另一高精度測距項目的需要，在FPGA直接進行激光回波檢測方案的基礎上，設計了一種高精度激光回波檢測系統。文中介紹了其實現原理，理論上分析了該系統所能達到的回波檢測精度及整機測距系統的測距精度。與第一種方案相比，該方案引入了超高速數據采集電路。由于采樣速率高達lGsps，該方案實現的難點在于如何保證數據采集電路的穩定工作。文中從總體方案的設計，到器件的選型，硬件電路板的實現等方面做了詳細的闡述，最終完成了系統硬件電路設計。接著介紹了系統程序設計。后面給出了試驗測試結果，該系統工作穩定，性能良好。系統設計中引入的超高速數據采集電路有著廣泛的應用，為其他相關設計提供了參考。最后，對全文做了工作總結，并給出了接下來的后續工作與展望。 本文在高速FPGA對激光回波信號檢測方向取得了一定的成果，為進一步研究提供了參考價值。
上傳時間： 2013-06-13
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